ブレッドボードのLEDを点滅させる(Arduino)

2021年7月17日 2021年9月28日

gifu_shino.g

まずは、LEDが正常に点滅するかテストします。

回路図のように配線します。
（図では、赤線が＋側、緑線が－側です。）
　　　この回路図の作図には fritzing を利用させて頂いております。
　　　https://fritzing.org/home/

この接続は、
Arduinoの常時5V（＋：赤線）ピン出力と、
GND（グランド）ピン（－：緑線）を接続して、
LED等の部品の確認のためLEDを点灯させてみるものです。

私のLEDには極性がありますので、
アノード側（足の長い方）が＋になるように配置します。
抵抗は、極性はありませんから向きは問題ありません。
※配線を変更する場合は、
　必ず、Arduinoの電源はOFFして下さい。（USBケーブルを抜く）
　また、ブレッドボードへ外部電源等で電源供給を行っている場合も、
　その電源を必ずOFFします。
※抵抗を2本並列に入れれば165Ωになりますが、
　少し暗いですが点灯しないわけではないので、
　330Ωの抵抗1本を使用することにします。

電源を入れる前に、
・ピンの接続状態（ボードにしっかりと差し込まれているか）
・LED発光ダイオードの向き（アノード側が＋側になっているか）
・抵抗の抵抗値は適正か（指定範囲の値のものか）
・ブレッドボード上の配線に間違いはないか
・Arduino上のピンの差し込み位置に間違いはないか
などを確認して下さい。
また、電源投入後に点灯しない場合は再確認して下さい。

Arduinoの電源を入れます。（USBケーブルを接続する）
これでLEDが点灯すれば、LEDや回路は正常です。
また、抵抗値を計算せずに抵抗を入れている場合は、
明るさに注意して下さい。
高輝度LEDでもないのにあまりにも明るい場合は、
抵抗値を変更した方が良いかもしれません。
一般的なLEDなら、
150Ω～510Ω程度の抵抗で大丈夫だと思います。

続いて、
Arduinoで制御してLEDを点滅させてみます。

配線の違いによる、点灯・消灯のタイミングの違いを
確認するため、２通りの配線をやってみます。

まず１つめです。

ArduinoとPCとのUSBケーブルを外します。
Arduinoとの配線を回路図のように変更します。
（回では、赤線が＋側、緑線が－側です。）

この時、私のLEDには極性がありますので、
アノード側（足の長い方）が＋になるように配置します。
抵抗は、極性はありませんから向きは問題ありません。

デジタル13番ピン（＋：赤線）と
GND（グランド）ピン（－：緑線）を接続します。
※GNDピン（－）は、5Vピンの隣に2カ所と
　デジタル13番ピンの隣に１カ所ありますので、
　どのGNDピン（－）に接続しても構いません。

では、ArduinoとPCのUSBケーブルを接続します。
ArduinoIDEで、メユー「ツール」から、
・ボード
・シリアルポート
の設定を行います。

ArduinoIDEでスケッチ（プログラム）します。
デジタル13番ピンを使って、2秒点滅、2秒消灯を
繰り返すプログラムを記述します。

void setup() {
   // put your setup code here, to run once:
   pinMode(13, OUTPUT);  // 13番ピンを出力に割り当て
}
void loop() {
   // put your main code here, to run repeatedly:
   digitalWrite(13, HIGH);   // 点灯
   delay(2000);              // 2秒停止 
   digitalWrite(13, LOW);    // 消灯
   delay(2000);              // 2秒停止
}

ArduinoIDEで記述したプログラムをArduinoへ書き込みます。

この時、Arduino上の13番LEDとブレットボード上のLED点滅が
同じタイミングで点灯・消灯を繰り返していると思います。

digitalWrite(13,HIGH);
の時、Arduino上の13番LED：点灯、ブレットボード上のLED：点灯
digitalWrite(13,LOW);
の時、Arduino上の13番LED：消灯、ブレットボード上のLED：消灯

この回路の接続は、
一方をGND（グランド）ピンに接続しているため、
デジタル13番ピンが、digitalWrite(13,LOW)であるときは、
GND（グランド）ピンと同じ電位（電圧）となり、電位差が生じないので、
電流は流れずLEDは点灯しません。
デジタル13番ピンが、digitalWrite(13,HIGH)であるときは、
GND（グランド）ピンより、デジタル13番ピンの電位（電圧）が高くなり
電位差が生じ、GND（グランド）ピン方向へ電流が流れLEDが点灯します。

２つめです。

ArduinoとPCのUSBケーブルを外します。

Arduinoとの配線を回路図のように変更します。
（図では、赤線が＋側、緑線が－側です。）
Arduinoの常時5Vピン（＋：赤線）と
デジタル13番ピン（－：緑線）を接続します。

すでにArduinoへ転送済みのスケッチに
変更はありませんから、
回路の変更が完了したら、
ArduinoとPCのUSBケーブルを接続します。

この時は、
Arduino上の13番LEDとブレットボード上のLED点滅が
反対のタイミングで点灯・消灯を繰り返しています。
・・・同時に点灯せず、交互に点灯・消灯する。

digitalWrite(13,HIGH);
の時、Arduino上の13番LED：点灯、ブレットボード上のLED：消灯
digitalWrite(13,LOW);
の時、Arduino上の13番LED：消灯、ブレットボード上のLED：点灯

この回路の接続は、
一方を常時5Vピンに接続しているため、
デジタル13番ピンは、digitalWrite(13,HIGH)であるときは、
常時5VピンとGND（グランド）ピンは同電位（電圧）となり、
電位差が生じないので電流は流れずLEDは点灯しません。
デジタル13番ピンが、digitalWrite(13,LOW)であるときは、
常時5Vピンより、デジタル13番ピンの電位（電圧）が低くなり、
電位差が生じ、デジタル13番ピン方向へ電流が流れLEDが点灯します。

この２つのどちらが正しいかなどと考えがちですが、
本来は、機器全体の消費電力や待機電力、
また、使用する電子部品の特性などにより決定されます。
何より、回路がシンプルであることと、
まずは、自分に分かりやすいことが第１です。

気がつかれたかと思いますが、
このデジタル13番ピンに接続されたブレットボードのLEDが
電源供給時に一瞬点灯したと思います。
このデジタル13番ピンは、
電源供給時（初期化時）に一瞬、OUTPUT扱いで、HIGHとなます。
そのため、この13番ピンを使用する場合は、
このことを踏まえた上での使用が必要です。

今度は、２つのLEDを１秒毎に交互に点滅させるようにします。
また、デジタルピンもたくさん（０～１３）ありますから、
デジタル13番ピンの使用を避けて、別のピンを使用します。

ArduinoとPCのUSBケーブルを外し、
回路図のように配線します。
デジタルピンは、6番、11番を使用します。
回路は、デジタルピンから、GND方向へ電流が流れる
ものとしました。

スケッチしてみます。

void setup() {
   // put your setup code here, to run once:
   pinMode(6, OUTPUT);  // 6番ピンを出力に割り当て
   pinMode(11, OUTPUT);  // 11番ピンを出力に割り当て
}
void loop() {
   // put your main code here, to run repeatedly:
   digitalWrite(6, HIGH);    // 点灯
   digitalWrite(11,  LOW);   // 点灯
   delay(1000);              // 1秒停止 
   digitalWrite(11, HIGH);   // 点灯
   digitalWrite(6, LOW);     // 消灯
   delay(1000);              // 1秒停止
}

ArduinoとPCのUSBケーブルを接続し、
スケッチをArduinoへ転送（マイコンボードへ書き込み）します。

この時、ブレットボード上の２つのLEDが交互に点滅していると思います。

最後に、この回路図の電圧、電流を測定してみます。

・A間、B間、C間の各電圧は、
　マルチメーターのレンジを電圧、直流（DC）、
　10V以上のレンジに設定します。
　A、B、Cのところの、電子部品の足に、
　テスターピンをあてて測定します。
　※＋、－を間違えないように注意します。

・A間の電流測定は、
　マルチメーターのレンジを電流、直流（DC）、
　100mA以上のレンジに設定します。
　この図の、LEDのアノード側の足と、
　アノード側に刺さっている抵抗の足を
　ブレッドボードから抜きます。
　抜いたそのその部品の足に、
　抵抗側の足に＋、LEDのアノード側の足に－の
　テスターピンをあてて測定します。
　※このときLEDは点灯します。